酚类污染物快速检测生物传感器研制与检测方法研究

酚类化合物是环境中广泛存在的一类典型有机污染物，目前很多酚类污染物已被确认具有毒性和内分泌干扰效应。针对水体中酚类污染物快速筛查和检测对生物传感器的要求，本项目拟利用生物相容性的室温离子液体对有序介孔碳（孔径2～50nm）表面进行亲水改性和功能化，发展集有序介孔碳和离子液体的优点为一体、生物相容性和电化学换能能力都很好、同时又对酚类检测对象具有一定富集效应的生物传感材料，构建能够满足水体中酚类污染物快速检测要求的高灵敏度、低检测限、可靠便携、具有长期的操作和存储稳定性的酪氨酸酶生物传感器，建立传感器对含酚简单样品的定量检测方法和对含酚复杂样品的快速筛查和总量评估方法。该方法具有色谱方法所不具备的一些优势（快速、便携、廉价、不需要复杂样品预处理和萃取步骤等），作为常规分析方法的有力补充，在环境中酚类的现场快速风险评价和削控方面具有潜在的应用前景。

酚类化合物是环境中广泛存在的一类典型有机污染物，目前很多酚类污染物已被确认具有毒性和内分泌干扰效应。针对水体中酚类污染物快速筛查和检测对生物传感器的要求，本项目利用生物相容性的室温离子液体对有序介孔碳（孔径2～50nm）表面进行亲水改性和功能化，发展了集有序介孔碳和离子液体的优点为一体、生物相容性和电化学换能能力都很好的生物传感材料。通过将酪氨酸酶分子诱陷在与其分子大小相匹配的介孔碳的介孔中，利用介孔碳的尺寸限制效应和良好导电性，克服了以往酶与基底电极之间电子传输效率低、传感器稳定性差等核心技术问题；通过离子液体亲水改性解决了介孔碳材料水相分散性差等核心技术问题。利用改性的介孔碳等材料，研制了高灵敏度、低检测限、可靠便携、具有长期的操作和存储稳定性的酪氨酸酶生物传感器，建立了传感器对含酚简单样品的定量检测方法和对含酚复杂样品的快速筛查和总量评估方法，为传感器的商品化奠定了一定的技术基础。本研究已在国际核心期刊发表IF>4的SCI论文6篇，申请专利2项。该传感器对儿茶酚（或苯酚）的检测限为1.4ng ml-1, 灵敏度可达6.4 A M-1 cm-2，线性范围30nM-10000nM，可满足我国生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)对挥发酚类(以苯酚计)的规定。基于生物传感器的酚类优控污染物快速检测方法，能够在无需复杂的样品前处理的情况下实现对目标物的快速检测，响应时间只需几秒钟。本研究将基于生物传感器的酚类优控污染物检测方法与基于光谱的4－氨基安替比林分光光度法（国家环境保护标准HJ 503－2009）进行了比对，发现测定结果具有较好的一致性，但基于传感器的方法比基于光谱的方法检测限能提高一个数量级以上，检测速度也更快，对总酚浓度的测试结果更接近真值。利用生物传感器对多种实际样品进行了检测，并借助色谱法对传感器方法的可靠性进行了验证，实验证明该方法对含酚单一样品的测试结果与色谱方法具有高度的一致性。该生物传感器方法具有色谱方法所不具备的一些优势（快速、便携、廉价、不需要复杂样品预处理和萃取步骤等），作为常规分析方法的有力补充，在环境中酚类优控污染物（尤其是挥发酚类）的现场快速风险评价和削控方面具有很好的应用前景。